基于心腦電的大腦警覺度檢測技術(shù)研究.pdf

1、警覺度是人在一段時間里保持持續(xù)注意力的能力。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展,越來越多的人由原先設(shè)備操作者轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備工作的監(jiān)督者:在較長時間(超過兩個小時)內(nèi)監(jiān)督設(shè)備的一些特定信號的發(fā)生并做相應(yīng)的反應(yīng)。警覺度的降低會使監(jiān)督者錯過這些信號,進而可能導致無法挽回的后果。例如在太空作業(yè)中,低壓、缺氧、充滿各種有害射線的宇宙環(huán)境時刻威脅著宇航員的安全和健康;航天器空間大小的限制,使得每個宇航員都承擔著高負荷的工作任務(wù);高度自動化的航天器任何一個微小的問題都

2、可能會造成嚴重的后果,需要宇航員保持一定水平的警覺度。因此,建立航天員的警覺度檢測系統(tǒng),探求警覺度隨時間的變化規(guī)律,進而研究提高警覺度的技術(shù)或是合理安排宇航員的工作時間,具有非常深遠的實用價值。
　　在這種背景下,本文設(shè)計了以三位數(shù)加減法作為腦力負荷誘導警覺度變化、PVT實驗結(jié)合心腦電設(shè)備測量該變化過程的實驗。本文采用了PVT實驗的平均反應(yīng)時間和錯誤指標,同時參考主觀評價方法——KSS量表和DSSQ量表,對整個實驗過程進行警覺度標

3、注,將警覺度變化過程劃分為三個階段。然后從腦電和心率變異性的時域、頻域和非線性三個方面提取能夠表征警覺度變化的指標,并且對腦電的19導導聯(lián)提取出的信號進行了導聯(lián)優(yōu)化以及特征降維。在此基礎(chǔ)上利用支持向量機進行模式分類,對比了單獨用腦電、單獨用心率變異性和心腦電相結(jié)合的方法分類效果的差異。
　　本文得到的結(jié)論主要有:長時間腦力負荷導致警覺度水平的下降:相對于實驗初始階段,即警覺度平靜時期,警覺度下降一期的PVT實驗的反應(yīng)時間增加了5％

4、到12%,警覺度下降二期的反應(yīng)時間增加了15%到25%;心率變異性指標的變化表征,心率變異性整體是在下降當中,其中交感神經(jīng)的活性在波動中逐漸增強;腦電指標的變化表明大腦皮層興奮程度在逐漸降低,被試的清醒程度在下降。Fisher判別法將腦電的19導聯(lián)優(yōu)化到了5導聯(lián),PCA在此基礎(chǔ)上將特征數(shù)降到了5個。在支持向量機分類結(jié)果中,單純用心率變異性分類的準確率為78.18%,低于單純用腦電分類的準確率81.01%,而用腦電和心率變異性共同分類的準